英特尔7nm GPU技术细节揭秘：集成超过1000亿晶体管
编者按：本文来自微信公众号“智东西”（ID:zhidxcom），作者：高 歌，编辑：云鹏 ，36氪经授权发布。
3月26日消息，本周三，英特尔的新任CEO帕特·基辛格（Pat Gelsinger）公开了基于7nm的Ponte Vecchio Xe-HPC GPU细节，该GPU将具有1000个执行单元（EU），内核数量超过8000个。
Ponte Vecchio GPU采用了7种关键技术，包含47个Tile，是有史以来尺寸最大、最复杂的GPU。
01. 英特尔新GPU：Foveros 3D封装不同代工厂Tile
英特尔的Ponte Vecchio GPU集成了超过1000亿个晶体管，47颗XPU Tile以及各种制程节点的混搭。这款GPU采用了Xe-HPC图形架构，该架构是基于英特尔7nm EUV节点的旗舰产品。
除此之外，该芯片还有大量基于不同工艺节点的Tile，其中一些Xe-HPC Tile由台积电等外部晶圆代工厂生产。
目前，尚无法确定英特尔是否会采用台积电的7nm或7nm+ EUV工艺节点，但是鉴于台积电代工的Xe Link I/O Tile采用了标准的非EUV 7nm工艺，英特尔可能会继续采用标准7nm工艺。
▲Ponte Vecchio GPU示意图（来源：Wccftech）
英特尔首席架构师Raja Koduri曾经说Ponte Vecchio GPU采用了7项先进技术，技术媒体Wccftech给出了具体名单：
英特尔7nm工艺、台积电7nm工艺、Foveros 3D封装、EMIB（嵌入式多芯片互连桥接）技术、英特尔增强型10nm SuperFin工艺、Rambo Cache（兰博缓存）与HBM2显存。
Raja Koduri也在推特上公布了47颗Tile分别是什么：16颗Xe HPC（internal/external）、8颗Rambo（internal、2颗Xe Base（internal）、11颗EMIB（internal）、2颗Xe Link（external）和8颗HBM（external）。
▲Ponte Vecchio GPU各Tile示意图（来源：Wccftech）
Ponte Vecchio实际上由两个独立GPU芯片组成，每个GPU包含六个Xe-HPC计算单元。
一对Xe-HPC计算单元直接与兰博缓存相连，兰博缓存采用了英特尔增强型10nm SuperFin工艺。
每个GPU还连接了四个HBM2显存，HBM2采用4Hi或8Hi堆叠（可以简单理解为4层或8层）。一共八个HBM2可以提供多GB的内存容量和带宽负载。此外，每个GPU上还有8个Passive Die Stiffeners。
总体来说，英特尔Xe HPC这款MCM结构GPU处理器使用了最先进的Foveros 3D封装技术，将多个来自不同代工厂，使用不同工艺制作的Tile集成在一个平台上，EMIB技术则将HBM2、Xe Link I/O等Tile与GPU互连。
所有这些整合形成了Ponte Vecchio Xe-HPC GPU，Raja Koduri发布了一个有趣的乐高示意图，其中显示了Ponte Vecchio GPU的各个Tile。
▲Raja Koduri推特上的乐高示意图（来源：Wccftech）
02. 执行单元数量将超1000，提供40倍双精度浮点算术能力
英特尔此前曾介绍过，其Xe-HPC GPU将具有1000个执行单元（EU）。到目前为止，Xe LP有96个EU，它们构成了总共768个内核。
新GPU的每个子层（subslice）有8个EU。第12代GPU中的subslice类似于英伟达SM单元或AMD的CU单元。
而在英特尔的9.5和11代GPU上，每个subslice具有8个EU，因此如果12代保持相同的层次结构，人们将能看到大量由subslice组成的超级切片。从目前的图片上看，英特尔第12代GPU将有8个算术逻辑单元（ALU），与11代和9.5代保持一致。
大致来说，一个GPU芯片将有1000个EU单元，8000个内核，而实际内核数量还要更多。而Xe HP GPU的HPC尺寸也将更大。
Wccftech列出了英特尔GPU的实际EU单元、对内核数量的估计。功率和TFLOPS（每秒浮点运算次数）等数据：
英特尔Xe HP (12.5) 2-Tile GPU：1024个EU单元，8192个内核，20.48 TFLOPS，1.25 GHz，300W；
英特尔Xe HP (12.5) 4-Tile GPU：2048个EU单元，16384个内核，36 TFLOPS，1.1 GHz，400W-500W。
英特尔Xe类GPU具有下面几种可变矢量宽度（vector width）：SIMT（GPU）、SIMD（CPU）、SIMT+SIMD（最高性能）。
Raja Koduri谈到，英特尔的Xe HPC GPU能够扩展到1000个EU，EU通过几个高带宽内存通道与XE内存结构相连，并且每个EU单元都进行了升级，可以提供40倍的双精度浮点计算能力。
兰博缓存则将在整个双精度工作负载中提供可持续的FP64计算性能。
就工艺优化而言，以下是英特尔针对7纳米工艺节点的一些关键改进：
1、相较10nm节点具有两倍的密度缩放优势；
2、内部的节点优化；
3、DR（Design Rules）的4倍缩减；
4、采用了EUV光刻技术；
5、新一代Foveros和EMIB封装。
英特尔的Ponte Vecchio GPU将首先在Aurora超级计算机中使用，并于今年的晚些时候实现量产出货。
▲英特尔9代GPU与英伟达V100、AMD GPU的架构比较（来源：Wccftech）
在HPC（高性能计算）领域，英特尔Ponte Vecchio GPU将与英伟达的Ada Lovelace和AMD的CDNA 2图形架构竞争，Ada Lovelace和CDNA 2也将使用类似的设计。
03. 结语：英特尔GPU版图扩大，GPU市场又起波澜
相较于英特尔的CPU内核，其GPU的市场关注度一直比较低。本次英特尔花费2年时间打造出了这款Ponte Vecchio GPU，可能将是英特尔扩展GPU版图的重要一步。
前文提到的Aurora超级计算机由美国能源部与英特尔联手打造，是Ponte Vecchio GPU推广中的重要一步。但是英特尔的GPU版图能否成功扩充，还是要看Ponte Vecchio GPU与英伟达、AMD等公司GPU产品的竞争情况。
来源：Wccftech
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